JPH0339434A - Production and product of fatigue crack- resisting nickel-base superalloy - Google Patents

Production and product of fatigue crack- resisting nickel-base superalloy

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JPH0339434A
JPH0339434A JP17207289A JP17207289A JPH0339434A JP H0339434 A JPH0339434 A JP H0339434A JP 17207289 A JP17207289 A JP 17207289A JP 17207289 A JP17207289 A JP 17207289A JP H0339434 A JPH0339434 A JP H0339434A
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JP
Japan
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alloy
composition
crack
rate
stress
Prior art date
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Application number
JP17207289A
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Japanese (ja)
Inventor
Michael F Henry
マイケル・フランシス・ヘンリー
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE: To produce a Ni base superalloy excellent in fatigue crack resistance by preparing a Ni base superalloy contg. specified ratios of Co, Cr, Mo, Al, Ti, Ta, Nb, Zr, C, B and W at a specified cooling rate.
CONSTITUTION: An Ni base superalloy contg., by weight, 3 to 13% Co, 10 to 16% Cr, 2.5 to 5.5% Mo, 2.5 to 4.5% Al, 1.5 to 3.5% Ti, 2.0 to 5.0% Ta, 2.0 to 5.0% Nb, 0.00 to 0.10% Zr, 0.0 to 0.10% C, 0.01 to 0.05% B, 0.0 to 1.0% W, and the balance Ni is produced at a cooling rate of about ≤600°F/min. In this way, the Ni base superalloy improved in resistance to the generation of cracks can be obtd.
COPYRIGHT: (C)1991,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 ニッケル基超合金が高性能を必要とする環境で広く使わ
れていることはよく知られている。そのような合金は、
ジェットエンジン、陸上ガスタービンおよび1000°
F以上の高温で高強度その他の望ましい物性を保持しな
ければならないような他の機関に広く使用されて来てい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention It is well known that nickel-based superalloys are widely used in environments requiring high performance. Such an alloy is
Jet engines, land gas turbines and 1000°
It has been widely used in other engines where high strength and other desirable physical properties must be maintained at temperatures above F.F.

これらの合金の多くはいろいろな体積割合(%)のγ′
析出物を含んでいる。このγ′析出物はこのような合金
の高い使用温度での高性能特性を担っている。
Many of these alloys have various volume fractions of γ′
Contains precipitates. This γ' precipitate is responsible for the high performance properties of such alloys at high service temperatures.

γ′の相化学の特性は、ホール(E、L、 Hall)
、クー(Y、M、 Kouh)およびチャン(K、M、
 Chang)によって、「超合金の析出強化における
相化学(Phase Chemistries In 
prectpttatton−strengthen+
ng 5uperalloy) J  [1983年8
月のアメリカ電子顕微鏡検査学会節41回年金会報(P
roceedingS or 41st Annual
 Meeting of Electron Mlcr
oscopy 5oc1ety or America
)第248頁]中にさらに詳しく述べられている。
The characteristics of the phase chemistry of γ′ are Hall (E, L, Hall)
, Kouh (Y.M.) and Zhang (K.M.
Chang), ``Phase Chemistry in Precipitation Strengthening of Superalloys''.
prectpttatton-strengthen+
ng 5uperalloy) J [August 1983
Monthly American Society of Electron Microscopy Section 41st Pension Newsletter (P
roceedingS or 41st Annual
Meeting of Electron Mlcr
oscopy 5oc1ety or America
), page 248].

米国特許第2.570,193号、第2,621.12
2号、第3,046,108号、第3゜061.426
号、第3,151,981号、第3.166.412号
、第3,322.534号、第3.343,950号、
第3.575,734号、第3,576.861号、第
4. 207. 098号および第4,336.312
号にはさまざまなニッケル基合金組成物が開示されてい
る。これらの特許は今日までに報告されたたくさんの合
金化の開発の代表的なものであり、元素間のいろいろな
異なる機能上の関連をつかむために、さまざまな物理的
・機械的特性をもった合金系をもたらす相が形成される
ように多くの同じ元素を組合せている。しかしムから、
ニッケル基合金に関して使用可能なデータは豊富にある
にもかかわらず、当業者が、公知の元素をある濃度で組
合せて使用して形成したそのような合金が示すはずの物
理的・機械的性質を、特に、そのような組合せが業界で
一般化されている広い教示範囲内に入るものであっても
、その合金を従来使用されていた熱処理とは異なる熱処
理を用いて加工したときには、ある程度の正確差をもっ
て予想することはいまだに不可能である。
U.S. Patent Nos. 2.570,193 and 2,621.12
No. 2, No. 3,046,108, No. 3゜061.426
No. 3,151,981, No. 3.166.412, No. 3,322.534, No. 3.343,950,
No. 3.575,734, No. 3,576.861, No. 4. 207. No. 098 and No. 4,336.312
No. 1 discloses various nickel-based alloy compositions. These patents are representative of the many developments in alloying that have been reported to date, with various physical and mechanical properties aimed at capturing different functional relationships between elements. Many of the same elements are combined so that phases are formed that result in an alloy system. But from Mu,
Despite the wealth of data available regarding nickel-based alloys, it is difficult for those skilled in the art to predict the physical and mechanical properties that such alloys formed using known combinations of elements at certain concentrations may exhibit. , especially when such combinations fall within the broad teachings prevailing in the industry, and when the alloy is processed using a heat treatment different from that traditionally used, some degree of precision may not be possible. It is still impossible to predict the difference.

多くのこのようなニッケル基超合金でますます重要視さ
れ認識されて来ている問題は、製造の際または使用の際
のいずれかにおいて亀裂が形成されたりあるいは亀裂の
兆しが生じたりしやすく、しかもガスタービンやジェッ
トエンジンなどのような構造体中でその合金を使用して
いる間にその亀裂が応力下で現実に広がったりまたは大
きくなったりし得るということである。亀裂の伝播や拡
大により部品の破壊その他の故障が起こり得る。
An increasingly important and recognized problem with many such nickel-base superalloys is their susceptibility to crack formation or the appearance of cracks, either during manufacture or during use. Moreover, during use of the alloy in structures such as gas turbines, jet engines, etc., the cracks can actually propagate or grow larger under stress. Propagation and expansion of cracks can result in component destruction or other failure.

亀裂の発生および伝播に基づく可動機械部品の故障の結
果はよく分かっている。ジェットエンジンの場合は特に
危険を招き得る。
The consequences of failure of moving mechanical parts due to crack initiation and propagation are well understood. Jet engines can be especially dangerous.

しかし、最近の研究がムされるまであまり良く理解され
ていなかったことは、超合金で形成されている構造体に
おける亀裂の発生と伝播が、すべての亀裂が同じ機構、
同じ速度で、しかも同じ基準に従って発生して伝播する
ような単純な現象ではないということである。対照的に
、亀裂の発生と伝播および一般的な亀裂現象は複雑であ
り、近年はそのような伝播と応力のかかり方との間の相
互の関連に新しい重要な情報が集められている。
However, what was not very well understood until recent research was that the initiation and propagation of cracks in structures made of superalloys was caused by the same mechanism,
This means that they are not simple phenomena that occur and propagate at the same speed and according to the same criteria. In contrast, crack initiation and propagation and crack phenomena in general are complex, and important new information has been gathered in recent years on the interrelationship between such propagation and stress application.

亀裂が発生または伝播するまでに部材に応力がかけられ
る時間、かかる応力の強さ、その部材に応力をかけたり
除いたりする際の速度、およびこの応力をかける予定・
計画がもたらす影響が合金によっているいろに変化する
ことは、(米国)国家航空宇宙箱(Natlonal 
Aoronautlcs and 5pace Adm
lnistratlon)との契約に基づいである研究
がなされるまで良く理解されていなかった。この研究は
技術レボ−)NASA  CR−165123に報告さ
れており、このレポートは%、1980年8月に(米国
)国家航空宇宙箱(Natlonal Aeronau
tlcs and 5pace Adslnistra
tlon)から発行されたカウルズ(B、A、 Cov
les) 、ワレン(J、R,Warren)およびホ
ーク(F、に、 Hauke)による「航空機タービン
ディスク合金の循環挙動の評価(Eval uat t
onor the Cyclic Behavior 
or^Ircraft Turbine Dlsk A
11oys) J第■部、最終報告とされているもので
ある。なお、この報告は(米国)国家航空宇宙箱(Na
tional Aeronautics and 5p
ace Adslnlstration) 、N A 
S Aルイス研究センター(NASA Levls R
e5earch Center)、契約NAS3−21
379のためになされたものである。
The length of time a member is stressed before a crack initiates or propagates, the intensity of the stress, the rate at which the member is stressed or removed, and the planned schedule for applying this stress.
The fact that the impact of a program varies depending on the alloy is shown in the (U.S.) National Aerospace Box.
Aoronautlcs and 5pace Adm
It was not well understood until a study was conducted under contract with Nistratlon. This research is reported in NASA CR-165123, which was published in August 1980 by the US National Aerospace Box.
tlcs and 5pace Adslnistra
Cowles (B, A, Cov) published by tlon)
Eval uat t
Honor the Cyclic Behavior
or^Ircraft Turbine Dlsk A
11oys) Part II of J is considered to be the final report. This report is based on the (United States) National Aerospace Box (Na
tional Aeronautics and 5p
ace Adslnlstration), NA
S.A. Lewis Research Center
e5earch Center), contract NAS3-21
This was done for 379.

このNASAの後援による研究の主要な発見は、疲れ現
象に基づく伝播速度、すなわち疲れ亀裂伝播(F CP
)の速度が、かけられた応力すべてに対して均一ではな
く、しかも応力のあらゆるかけ方に対しても均一でない
ということである。さらに重要なことは、疲れ亀裂伝播
が現実に、応力が亀裂を拡大するようにかけられている
部材に対してその応力をかける頻度と共に変化するとい
う発見である。さらに驚くべきことに、NASAの後援
による研究の重大な発見は、過去の研究で使用されてい
た高い頻度より低い頻度で応力をかけると実際に亀裂伝
播の速度が増大するということである。いいかえると、
このNASAの研究によって、疲れ亀裂伝播に時間依存
性があることが確かめられたのである。さらに、この疲
れ亀裂伝播の時間依存性は、頻度のみに依存するのでは
なく、その部材が応力下に保持されている時間、すなわ
ちいわゆる保持時間に依存することが判明した。
A key finding of this NASA-sponsored study was the fatigue phenomenon-based propagation velocity, or fatigue crack propagation (F CP
) is not uniform for all applied stresses, and is also not uniform for all ways of applying stress. Even more important is the discovery that fatigue crack propagation does indeed vary with the frequency with which stress is applied to the member to propagate the crack. Even more surprising, a significant finding of the NASA-sponsored study is that applying stress at a lower frequency than the high frequencies used in past studies actually increases the rate of crack propagation. In other words,
This NASA study confirmed that fatigue crack propagation is time dependent. Furthermore, it has been found that the time dependence of this fatigue crack propagation does not depend only on the frequency, but also on the length of time that the component is held under stress, ie the so-called holding time.

この少なめの応力頻度での増大した疲れ亀裂伝播の程度
が尋常でないと実証された後、産業界では、この新たに
発見された現象によって、ニッケル基超合金をタービン
および航空機エンジンの応力がかかる部品に使用できる
可能性が究極的に限定され、この問題を迂回して設計す
るためにあらゆる設計努力をしなければならないと信じ
られていた。 しかし、大幅に低下した亀裂伝播速度と
良好な高温強度をもち、タービンおよび航空機エンジン
中高応力で使用するニッケル基超合金の部品を構築でき
ることが発見された。
After demonstrating that the extent of increased fatigue crack propagation at lower stress frequencies was unusual, industry was encouraged by this newly discovered phenomenon to use nickel-based superalloys in stressed components of turbines and aircraft engines. It was believed that the possibilities for use were ultimately limited and that every design effort must be made to design around this problem. However, it has been discovered that parts of nickel-based superalloys can be constructed with significantly reduced crack propagation rates and good high temperature strength for use at high stresses in turbines and aircraft engines.

超合金に一番要求される性質の組がジェットエンジンの
構築に関して必要とされるものであることは知られてい
る。必要とされる性質の組のうち、エンジンのいろいろ
な要素によって必要とされる性質の組はさまざまではあ
るが、普通、エンジンの可動部分に対して必要とされる
ものは固定部分に対して必要とされるものより重要で多
い。
It is known that the most desired set of properties for superalloys are those needed for jet engine construction. Although the set of required properties will vary depending on the different elements of the engine, typically those required for the moving parts of the engine will be the same as those required for the fixed parts. more important and numerous than what is said to be.

鋳造合金材料ではある組の性質が得られないので、部品
を製造するのに粉末冶金技術を使用しなければならない
ことがある。しかし、ジェットエンジン用の可動部品の
製造の際に粉末冶金技術を使用することに伴う制限のひ
とつは、粉末の純度の問題である。もし粉末が小粒のセ
ラミックまたは酸化物などのような不純物を含有してい
ると、可動部品中でその小粒がある所は亀裂の発生が始
まる潜在的に弱い点になる。そのような弱い点は本質的
に潜在的な亀裂である。そのような潜在的亀裂が存在す
る可能性のために、亀裂伝播速度を低下・抑制するとい
う問題がいっそう重要になる。
Because a certain set of properties is not available with cast alloy materials, powder metallurgy techniques may have to be used to manufacture the parts. However, one of the limitations associated with using powder metallurgy techniques in the manufacture of moving parts for jet engines is the issue of powder purity. If the powder contains impurities such as small particles of ceramic or oxides, the point in the moving part where the particles are located becomes a potentially weak point where cracks can begin. Such weak points are essentially potential cracks. The possibility of the existence of such latent cracks makes the problem of reducing and inhibiting the rate of crack propagation all the more important.

本発明者は、合金組成の:A整とそのような金属合金の
製造方法との両方を適用することによって亀裂伝播を抑
えることが可能なことを発見した。
The inventor has discovered that it is possible to suppress crack propagation by applying both the :A adjustment of the alloy composition and the manufacturing method of such a metal alloy.

本発明によって、粉末冶金技術で製造することができる
超合金が提供される。また、この超合金を加工処理して
、最先端技術のエンジンディスク用途に使用するのに優
れた性質の組または組合せをもった材料を製造する方法
も提供される。ディスク用途に使用される材料に対して
従来から必要とされている性質には高い引張強さと高い
応力破壊強度が包含される。さらに、本発明の合金は時
間依存性の亀裂成長伝播に抵抗するという望ましい性質
を示す。このような亀裂の成長に対する抵抗性は部品の
低サイクル疲れ(LCF)寿命にとって本質的である。
The present invention provides a superalloy that can be produced using powder metallurgy techniques. Also provided is a method of processing this superalloy to produce a material with an excellent set or combination of properties for use in state-of-the-art engine disk applications. Properties traditionally required for materials used in disk applications include high tensile strength and high stress fracture strength. Additionally, the alloys of the present invention exhibit the desirable property of resisting time-dependent crack growth propagation. Resistance to such crack growth is essential to the low cycle fatigue (LCF) life of the component.

タービンとジェットエンジンに使用する合金製品が開発
されるにつれて、エンジンやタービンのいろいろな部品
に使用される部品に対してさまざまな組の性質が必要と
されることが明らかになって来た。ジェットエンジンの
場合、航空機のエンジンの性能要求が増大するにつれて
、より進んだ航空機エンジンの材料に関する要件はさら
に厳しくなり続けている。このいろいろな要件は、たと
えば、多くのブレード合金が鋳造状態で非常に良好な高
温特性を示すという事実によって立証される。しかし、
ブレード合金は中間の温度で不十分な強度を示すので、
鋳造ブレード合金からディスク合金への直接変換は極め
てありそうもないことである。さらに、ブレード合金は
鍛造するのが極めて困難であることが判明しており、し
かもディスク合金からディスクを製造するのには鍛造が
望ましいことが分かっている。また、ディスク合金の耐
亀裂成長性は評価されていない。したがって、増大した
エンジン効率とより大きな性能を引出すために、航空機
エンジンに使用される特別な合金の一部としてのディス
ク合金の強度と温度性能を改良することが常に望まれて
いる。
As alloy products for use in turbines and jet engines have been developed, it has become apparent that different sets of properties are required for the components used in various parts of the engine or turbine. In the case of jet engines, the requirements for more advanced aircraft engine materials continue to become more stringent as aircraft engine performance requirements increase. This requirement is substantiated, for example, by the fact that many blade alloys exhibit very good high temperature properties in the cast state. but,
Since blade alloys exhibit insufficient strength at intermediate temperatures,
Direct conversion of cast blade alloys to disk alloys is highly unlikely. Additionally, blade alloys have proven to be extremely difficult to forge, and forging has proven desirable for producing disks from disk alloys. Furthermore, the crack growth resistance of the disk alloy has not been evaluated. Therefore, it is always desirable to improve the strength and temperature performance of disk alloys as part of special alloys used in aircraft engines in order to derive increased engine efficiency and greater performance.

したがって、本発明に至った研究を遂行する上で望まれ
ていたことは、疲れ亀裂伝播の時間依存性が小さいかま
たは中程度であり、さらに耐疲れ亀裂性が高いディスク
合金の開発であっ゛た。またやはり望まれていたことは
、特性、特に引張特性、クリープ特性および疲れ特性の
バランスであった。
Therefore, what was desired in carrying out the research that led to the present invention was the development of a disk alloy with low or moderate time dependence of fatigue crack propagation and high fatigue crack resistance. Ta. Also desired was a balance of properties, particularly tensile properties, creep properties and fatigue properties.

さらに望まれていたことは、亀裂成長現象の阻止に関し
て確立されていた合金系の強化であった。
What was further desired was the strengthening of established alloy systems with respect to inhibiting crack growth phenomena.

本発明の超合金組成物およびその加工処理方法の開発で
は、疲れ性に注目し、特に亀裂成長の時間依存性を処理
している。
The development of the superalloy composition and processing method thereof of the present invention focuses on fatigue properties, particularly addressing the time dependence of crack growth.

高強度合金物体における亀裂成長、すなわち亀裂伝播速
度は、かかっている応力(σ)と亀裂の長さ(a)に依
存することが知られている。これらのふたつのファクタ
ーは破壊力学によって組合せられると、単一の亀裂成長
駆動力すなわち応力度因子(stress Inten
sity factor ) Kになる。
It is known that crack growth, or crack propagation rate, in high strength alloy objects depends on the applied stress (σ) and the crack length (a). When these two factors are combined by fracture mechanics, they form a single crack growth driving force, the stress intensity factor.
city factor) becomes K.

この因子にはσ、/Tに比例する。疲れ条件下で疲れサ
イクル中のこの応力度はふたつの成分、すなわち反復成
分と静的成分のふたつから成り得る。
This factor is proportional to σ, /T. Under fatigue conditions, this stress intensity during a fatigue cycle can consist of two components: a repetitive component and a static component.

前者は、反復応力度の最大の変化(ΔK)、すなわちK
Illaxとに、。との差を表わす。中程度の温度では
、亀裂成長は主として、静的破壊靭性KI。
The former is the maximum change in repeated stress degree (ΔK), that is, K
Illax and. represents the difference between At moderate temperatures, crack growth primarily affects the static fracture toughness KI.

に達するまで反復応力度(ΔK)によって決定される。It is determined by the degree of repeated stress (ΔK) until .

亀裂成長速度は数学的にda/dNoc(ΔK)nと表
わされる。Nはサイクルの数を示し、nは材料に依存す
る。反復頻度と波形形状は亀裂成長速度を決定する重要
なパラメーターである。ある反復応力度では、小さめの
反復頻度の方が速い亀裂成長速度になり得る。疲れ亀裂
伝播のこの望ましくない時間依存性の挙動はほとんどの
高強度超合金で見ることができる。この時間依存性の現
象の複雑さに加えて、温度をある点より高く上げると、
亀裂は、反復成分がまったくかからずに(すなわちΔに
−0)ある強度にの静的応力下で成長し得る。設計の目
標は、できるだけ小さくてできるだけ時間依存性をもた
ないda/dNの値を見出すことである。応力度の成分
は、亀裂成長が反復および静的の両方の応力度、すなわ
ちΔにとKの関数となるように、ある温度範囲ではお互
いに相互作用することができる。
The crack growth rate is expressed mathematically as da/dNoc(ΔK)n. N indicates the number of cycles, n depends on the material. Repetition frequency and waveform shape are important parameters determining the crack growth rate. For a given cyclic stress level, a smaller cyclic frequency can result in a faster crack growth rate. This undesirable time-dependent behavior of fatigue crack propagation can be seen in most high strength superalloys. Adding to the complexity of this time-dependent phenomenon, raising the temperature above a certain point;
A crack can grow under static stress of some intensity without any cyclic component (i.e. -0 on Δ). The design goal is to find a value of da/dN that is as small as possible and as time-independent as possible. The stress intensity components can interact with each other over a certain temperature range such that crack growth is a function of both cyclic and static stress intensity, ie, Δ and K.

発明の詳細な説明 したがって、本発明のひとつの目的は、亀裂発生に対す
る抵抗性が高くなったニッケル基超合金を提供すること
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Accordingly, one object of the present invention is to provide a nickel-based superalloy with increased resistance to cracking.

もうひとつ別の目的は、確立されている公知のニッケル
基超合金が亀裂を発生させ易いという傾向を低下せしめ
る方法を提供することである。
Another object is to provide a method for reducing the tendency of established known nickel-based superalloys to crack.

また、別の目的は、反復する高応力下で使用される疲れ
亀裂伝播に対する抵抗が高くなった物品を提供すること
である。
Another object is to provide an article with increased resistance to fatigue crack propagation when used under repeated high stresses.

さらに、別の目的は、ある範囲の頻度数に亘って反復し
て加えられる応力下で亀裂に対する抵抗性をニッケル基
超合金に付与することを可能にする組成物および方法を
提供することである。
Furthermore, another object is to provide compositions and methods that allow nickel-based superalloys to be rendered resistant to cracking under repeated applied stresses over a range of frequency numbers. .

その他の目的の一部は以下の説明から明らかであろうし
、一部は以下で指摘する。
Some of the other objectives will be apparent from the description below, and some will be pointed out below.

その−船釣な側面の一つにおいて、本発明の目的は、次
の概略組成を有する組成物を提供することによって達成
することができる。
In one of its practical aspects, the object of the invention can be achieved by providing a composition having the following general composition.

成  分   組成物中の濃度(重量%)(下限量) 
 (上限ff1) Ni     残部 Co     3〜13 Cr10〜16 Mo          2. 5〜5.5A1   
      2.5〜4.5Ti          
1.5〜3.5Ta          2. 0〜5
.  ONb          2. 0〜5.0Z
r          Ol 0〜0.10COl 0
〜0.10 B          O,01〜0.05W    
      Ol 0〜1. 0本発明の目的は、また
、その別な側面のひとつにおいて、次の概略組成を有す
る組成物を提供することによって達成することができる
Component Concentration in composition (wt%) (lower limit amount)
(Upper limit ff1) Ni Remainder Co 3-13 Cr10-16 Mo 2. 5-5.5A1
2.5~4.5Ti
1.5-3.5Ta 2. 0-5
.. ONb 2. 0~5.0Z
rOl 0~0.10COl 0
~0.10B O,01~0.05W
Ol 0-1. The object of the present invention can also be achieved in one of its other aspects by providing a composition having the following general composition.

成  分   組成物中の濃度(重量%)Ni C。Component Concentration in composition (wt%) Ni C.

r O 1 (下限量)〜(上限量) 残部 3〜13 10〜16 2.5〜5.5 2.5〜4.5 Ti           l、  5〜3.5Ta2
.0〜5.O Nb          2. 0〜5.0Reo、0
〜3.0 Hf          O,0〜0.6Zr    
      o、  0−0. 10C060〜0.1
0 B          O,01〜0.05W    
        0.0〜1.0y         
   o、  o〜0,2以下の詳細説明は、添付の図
面を参照するとより分かり易くなるであろう。
r O 1 (Lower limit amount) - (Upper limit amount) Remaining 3-13 10-16 2.5-5.5 2.5-4.5 Til, 5-3.5Ta2
.. 0-5. O Nb 2. 0-5.0 Reo, 0
~3.0HfO,0~0.6Zr
o, 0-0. 10C060~0.1
0 B O, 01~0.05W
0.0~1.0y
o,o~0,2 The following detailed description will be better understood with reference to the accompanying drawings.

発明の詳細な説明 本発明者は、高温で高強度を必要とする構造体に使用さ
れる現在市販の合金を研究することによって従来の合金
があるパターンをもっていることを発見した。このパタ
ーンは、前記の最終レボ−)NASA第CR−1651
23号にあるデータを本発明者が考案した方法でプロッ
トしたことに基づくものである。本発明者は、1980
年のこのNASAレポートのデータを、第1図に示した
パラメーターを用いてプロットした。第1図を見ると明
らかなように、データはほぼ対角線上に並んでいる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION By studying currently commercially available alloys used in structures requiring high strength at high temperatures, the inventors have discovered that conventional alloys have a pattern. This pattern is based on the final revision of NASA No. CR-1651.
This is based on plotting the data in No. 23 using a method devised by the present inventor. The inventor was born in 1980.
Data from this NASA report for the year was plotted using the parameters shown in Figure 1. As is clear from Figure 1, the data are arranged almost diagonally.

第1図では、亀裂成長速度Cインチ/サイクル)が極限
引張強さ(ksi)に対してプロットされている。個々
の合金はこのグラフ上にプラス(+)の記号で示しであ
るが、この記号は、それぞれの合金の特徴である極限引
張強さ(ksi)の値におけるその合金の対応する特性
である各々の亀裂成長速度(インチ/サイクル)を示し
ている。見て分かるように、滞留時間900秒と表示し
た直線は、これら従来周知の合金の亀裂成長速度と極限
引張強さとの間の特徴的な関係を示している。
In FIG. 1, crack growth rate (C inches/cycle) is plotted against ultimate tensile strength (ksi). Individual alloys are indicated on this graph by a plus (+) symbol, which is the corresponding property of that alloy at its characteristic ultimate tensile strength (ksi) value. The crack growth rate (in/cycle) is shown. As can be seen, the straight line labeled 900 seconds residence time shows the characteristic relationship between crack growth rate and ultimate tensile strength for these previously known alloys.

このグラフの底部には、表示した+の記号の点に対応す
る類似の点が、0.33ヘルツ(Hz)すなわちいいか
えると高めの頻度で行なった亀裂伝播速度試験に関して
示されている。菱形で示されたデータは、このグラフの
上部に示したそれぞれの合金に対して、0.33Hzと
表示した直線に沿った領域にある。
At the bottom of this graph, a similar point corresponding to the + symbol point shown is shown for a crack propagation rate test conducted at 0.33 hertz (Hz) or, in other words, at a higher frequency. The data shown as diamonds lies in the region along the line labeled 0.33 Hz for each alloy shown at the top of this graph.

第1図から明らかなように、長い滞留時間に対してこの
グラフの右下隅の座標をもつ合金組成物はないというこ
とである。実際、長めの滞留時間の亀裂成長試験に対す
るデータ点はすべてこのグラフの対角線に沿って並んで
いるので、形成される合金組成物はいずれもこのグラフ
の対角線に沿ったどこかに位置することになるように思
われた。
It is clear from Figure 1 that for long residence times there is no alloy composition with the coordinates in the lower right corner of this graph. In fact, all the data points for the longer dwell time crack growth tests are along the diagonal of this graph, so any alloy composition that forms will be located somewhere along the diagonal of this graph. It seemed like it would be.

いいかえると、第1図にプロットしたパラメーターによ
って長い滞留時間で高い極限引張強さと低い亀裂成長速
度とを両方とも有する合金組成物を見出すことはできな
いように見えた。
In other words, it appeared that the parameters plotted in FIG. 1 did not allow one to find an alloy composition that had both high ultimate tensile strength and low crack growth rates at long residence times.

しかし、本発明者は、高い極限強度と低い亀裂成長速度
とのユニークな組合せを達成することが可能な組成を有
する合金を製造することが可能であることを発見した。
However, the inventors have discovered that it is possible to produce alloys with compositions that are capable of achieving a unique combination of high ultimate strength and low crack growth rates.

本発明者が仮説的に到達した結論のひとつは、クロム濃
度が各種合金の亀裂成長速度に対しである影響を及ぼし
得るということであった。このため、本発明者は亀裂成
長速度に対してクロム含量(fflffi%)をプロッ
トした。このプロットの結果を第2図に示す。この図で
、クロム含量は約9%から約19%まで変化しているこ
とが分かり、対応する亀裂成長速度の測定値は、クロム
含量が次第に増大すると共に亀裂成長速度が低下するこ
とを示している。このグラフによると、クロム含量が低
くて、しかも同時に長い滞留時間で低い亀裂成長速度を
もつ合金組成物を考案することは極めて困難であるかま
たは不可能であるかもしれないように思われた。
One of the conclusions reached hypothetically by the inventors was that chromium concentration could have an effect on the crack growth rate of various alloys. For this reason, we plotted chromium content (fffffi%) against crack growth rate. The results of this plot are shown in FIG. In this figure, it can be seen that the chromium content varies from about 9% to about 19%, and the corresponding crack growth rate measurements show that the crack growth rate decreases with progressively increasing chromium content. There is. Based on this graph, it appeared that it might be extremely difficult or impossible to devise an alloy composition with low chromium content and at the same time low crack growth rate at long residence times.

しかしながら、本発明者は、ある超合金組成物の成分を
組合せて適切に合金化すると、低いクロム含量と長い滞
留時間での低い亀裂成長速度とを有する組成物を形成す
ることが可能であることを見出した。
However, the inventor has discovered that when the components of certain superalloy compositions are combined and properly alloyed, it is possible to form compositions with low chromium content and low crack growth rates at long residence times. I found out.

試験片に応力をかける際の保持時間と亀裂成長が変化す
る速度との関係の一例を第3図に示す。
FIG. 3 shows an example of the relationship between the holding time when stress is applied to a test piece and the rate at which crack growth changes.

この図では、亀裂成長速度の対数を縦軸に、滞留時間ま
たは保持時間(秒)を横軸にプロットしである。5X1
0’という亀裂成長速度は、反復応力度因子が25 k
 s i / i nの場合理想的ム速度であると見ら
れるかもしれない。もし理想的な合金が形成されれば、
その合金は亀裂または試片に応力をかけている保持時間
の間ずっとこの速度を示すであろう。そのような現象は
第3図の直線(a)で表わされている。この直線は、亀
裂成長速度が試片に応力をかけている間、保持時間また
は滞留時間と本質的に無関係であることを示している。
In this figure, the logarithm of the crack growth rate is plotted on the vertical axis and the residence time or holding time (seconds) is plotted on the horizontal axis. 5X1
A crack growth rate of 0' means that the cyclic stress factor is 25 k
The case of s i / i n may be seen as the ideal speed. If an ideal alloy is formed,
The alloy will exhibit this rate throughout the crack or hold time stressing the specimen. Such a phenomenon is represented by straight line (a) in FIG. This straight line indicates that the crack growth rate is essentially independent of the holding or residence time while stressing the specimen.

これとは対照的に、現実の亀裂生成現象により近い現実
に即した非理想的な亀裂成長速度を、第3図に曲線(b
)として示す。数秒以内の非常に短い保持時間の間、理
想的な線(a)と実際的な曲線(b)はあまり大きくは
離れないことが分かる。このように高い頻度すなわち低
い保持時間で試料に応力をかける場合には、亀裂成長速
度は比較的低い。
In contrast, the curve (b
). It can be seen that for very short holding times, up to a few seconds, the ideal line (a) and the practical curve (b) do not deviate too much. When stressing the sample at such high frequencies or low holding times, the crack growth rate is relatively low.

しかし、試料に応力をかける保持時間が長くなると、従
来の合金に対する実験で得られる結果は曲線(b)に従
う。したがって、応力負荷の頻度が低くなり応力負荷に
要する保持時間が長くなると、直線的な速度からのずれ
が大きくなることが分かる。約500秒という保持時間
を任意に選択してみると、亀裂成長速度は標準的な速度
の5×10−5から5X10’へと100倍も増大し得
ることが’ff13図から明らかである。
However, as the holding time to stress the sample increases, the experimental results for conventional alloys follow curve (b). Therefore, it can be seen that as the frequency of stress loading becomes lower and the holding time required for stress loading becomes longer, the deviation from the linear velocity increases. It is clear from the 'ff13 diagram that by arbitrarily choosing a holding time of about 500 seconds, the crack growth rate can be increased by a factor of 100 from the standard rate of 5x10-5 to 5x10'.

ここでもまた、亀裂成長速度が時間に依存しなければ望
ましいことであろうし、これは保持時間が長くなり応力
をかける頻度が少なくなるとき曲線(a)をたどること
で理想的に表現されるであろう。
Again, it would be desirable if the crack growth rate were independent of time, and this is ideally represented by following curve (a) as the holding time increases and the stress is applied less frequently. Probably.

驚くべきことに、本発明者は、超合金の成分を少しだけ
変えることによって、その合金の長い滞留時間の亀裂成
長伝播に対する抵抗性を大きく改良することが可能であ
ることを見出した。換言すると、合金化の修正により亀
裂成長の速度を低下させることが可能であることが判明
したのである。
Surprisingly, the inventors have discovered that by making small changes in the composition of the superalloy, it is possible to greatly improve the alloy's resistance to long residence time crack growth propagation. In other words, it has been found that it is possible to reduce the rate of crack growth by modifying the alloying.

さらに、合金の処理によって強度の増大も可能である。Furthermore, it is also possible to increase the strength by processing the alloy.

尖施例 HK81と呼ぶ合金を製造した。この合金の組成は本質
的に以下の通りである。
An alloy designated as tip example HK81 was produced. The composition of this alloy is essentially as follows.

或  分     濃度(重量%) Ni     残部 Co     8 C「13 Mo     3.5 Al     3.5 Ti     2.5 Ta     3.5 Nb     3.5 Re     O,O Hf     O,O Zr     O,06 CO,05 B      O,03 y      o、 。Minutes Concentration (wt%) Ni Remainder Co 8 C “13 Mo 3.5 Al 3.5 Ti 2.5 Ta 3.5 Nb 3.5 Re     O,O Hf           O,O Zr         0,06 CO,05 B O, 03 y    o,.

この合金を各種の試験に供し、その試験結果を第4〜1
0図にプロットした。ここで、「スーパーソルバス」処
理した材料に対してデータを採取した合金はr−SSJ
の文字をつけて表わしである。すなわち、この材料に対
して行なった高温の固体状態熱処理は、強化性のγ′析
出物が溶解する温度よりは高くて初期融点よ゛りは低い
温度で行なった。この結果、通常はその材料中の結晶粒
度が粗くなる。強化性のγ′相はその後の冷却および特
効の際にふたたび析出する。
This alloy was subjected to various tests, and the test results were
Plotted in Figure 0. Here, the alloy for which data was collected for the material treated with "Super Solvus" is r-SSJ.
It is expressed by adding the letters . That is, the high temperature solid state heat treatment performed on this material was above the temperature at which the reinforcing γ' precipitates dissolve, but below the initial melting point. This usually results in a coarser grain size in the material. The reinforcing γ' phase precipitates again during subsequent cooling and special treatment.

ここで第4図を参照すると、このグラフは、いずれもア
ルゴン雰囲気中1400°F−80ksiで試験したH
K81−SSとルネ(Rene’) 95−8Sのサン
プルについて、破壊寿命(時間)を冷却速度(F7分)
に対してプロットしたものである。このグラフから明ら
かなように、HK81−8Sサンプルの場合、サンプル
を約75°F/分で冷却したときには175時間を越え
る破壊寿命であり、これは1000℃/分以上で冷却す
ると約350時間まで延びた。HK81−8Sの破壊寿
命は、試験したすべての冷却速度でルネ(Rone’)
95−8Sより秀れていることが示される。
Referring now to FIG. 4, this graph shows H
For K81-SS and Rene' 95-8S samples, fracture life (hours) and cooling rate (F7 minutes)
It is plotted against. As is clear from this graph, for the HK81-8S sample, the fracture life is over 175 hours when the sample is cooled at approximately 75°F/min, which increases to approximately 350 hours when the sample is cooled at over 1000°C/min. Extended. The fracture life of HK81-8S was Rone's at all cooling rates tested.
It is shown that it is superior to 95-8S.

類似してはいるがまったく同じではないグラフを第5図
に示す。第5図では、100時間の応力破壊寿命を有す
るとした場合のサンプルについて相当温度を縦軸にプロ
ットしである。いいかえると、第5図のプロットは、ア
ルゴン中80ksi。
A similar but not identical graph is shown in FIG. In FIG. 5, the equivalent temperature is plotted on the vertical axis for a sample having a stress rupture life of 100 hours. In other words, the plot in Figure 5 is 80 ksi in argon.

1400″Fで試験したサンプルが100時間耐える温
度を示している。ここでも、冷却速度に対して100時
間応力破壊に耐える温度の差はグラフから明らかである
It shows the temperature at which the sample tested at 1400″F withstood for 100 hours. Again, the difference in temperature at which stress failure lasted for 100 hours versus cooling rate is evident from the graph.

第6図は、冷却速度(′F/分)に対して亀裂伝播速度
(インチ/サイクル)をプロットしたものである。ルネ
(Reneo) 95− S SとHK81−3Sのサ
ンプルは、最大応力度因子で保持時間を500秒として
1200下の空気中で試験した。明らかに、75′Fと
350’Fで冷却したサンプルで、HK81−3Sはル
ネ(RAENE’) 95− S Sよりずっと低い亀
裂成長速度を有している。1000℃以上の速度で冷却
されたサンプルのda/dNは、同じ速度で冷却したル
ネ(Rene’) 95− S Sのサンプルより多少
低い。このような超合金から成分を製造するのに適した
ある範囲の冷却速度は100′F/分から600′F/
分の範囲であると予想されることに注意すべきである。
FIG. 6 is a plot of crack propagation rate (in/cycle) versus cooling rate ('F/min). Reneo 95-SS and HK81-3S samples were tested in air at 1200°C with a hold time of 500 seconds at maximum stress factor. Clearly, HK81-3S has a much lower crack growth rate than RAENE' 95-SS for samples cooled at 75'F and 350'F. The da/dN of the sample cooled at a rate of 1000° C. or higher is somewhat lower than that of the Rene' 95-SS sample cooled at the same rate. One range of cooling rates suitable for producing components from such superalloys is from 100'F/min to 600'F/min.
It should be noted that it is expected to be in the range of minutes.

以上のことから明らかなように、本発明は、成分の種類
とその相対濃度の両方に関してユニークな組合せを有す
る合金を提供する。また、本発明によって提案される合
金は亀裂伝播抑制に関して新規で独特な能力を有してい
ることも明らかである。第6図から明らかなHK81−
3S合金の低い亀裂伝播速度da/dNは本発明だけの
新規で素晴らしい結果である。約400″F/分で冷却
されたサンプルでみられる約4.5X10’というd 
a / d Nを第1図にプロットすると、第1図のプ
ロットの右下隅に位置し、しかもそのプロットに示した
0、33Hz線より下になる。
As can be seen from the foregoing, the present invention provides an alloy with a unique combination of both the types of components and their relative concentrations. It is also clear that the alloy proposed by the present invention has novel and unique capabilities in terms of crack propagation inhibition. It is clear from Figure 6 that HK81-
The low crack propagation velocity da/dN of the 3S alloy is a novel and impressive result unique to the present invention. A d of about 4.5X10' found in a sample cooled at about 400"F/min.
When a/d N is plotted in FIG. 1, it is located in the lower right corner of the plot in FIG. 1 and below the 0,33 Hz line shown in the plot.

同様に、第2図に関し、クロムが13%でda/dNが
4.5X10−5という上記のHK81−6S合金に対
するデータ点は、長い滞留時間の直線よりずっと下で、
0.33Hz試験に対する疲れ成長速度線に極めて近い
がそれより下になる。
Similarly, with respect to Figure 2, the data points for the above HK81-6S alloy with 13% chromium and 4.5X10-5 da/dN are well below the long residence time line;
It is very close to, but below, the fatigue growth rate line for the 0.33 Hz test.

第6図に示した試験データは保持時間が500秒のもの
であり、第2図のプロットは保持時間が900秒のもの
である。これに基づいて、上記の合金に対するデータ点
は、0.33Hz線に近い程度よりずっと900秒線に
近くなるはずである。
The test data shown in Figure 6 is for a retention time of 500 seconds, and the plot in Figure 2 is for a retention time of 900 seconds. Based on this, the data points for the above alloys should be much closer to the 900 seconds line than they are closer to the 0.33Hz line.

しかしながら、みられることはまさに逆である。However, what appears to be exactly the opposite.

これは、少しの違いが劇的な相違をもたらし、特に長い
サイクル疲れ試験で亀裂伝播速度を低下させるのに非常
に重大であるにもかかわらず上記の合金の成分はルネ(
Rene’) 95合金でみられる成分とは少し相違す
るだけであるので極めて驚くべきことである。この成分
およびその割合の小さな違いによって、本出願に添付し
た図面のグラフからも明らかなように、極めて望ましい
強度・その他の性質の組と共に予想外の顕著な低い疲れ
伝播速度が結果として得られる。
This is despite the fact that small differences can make a dramatic difference and are very critical in reducing crack propagation rates, especially in long cycle fatigue tests.
This is quite surprising since the composition differs only slightly from that found in the Rene') 95 alloy. This small difference in components and their proportions results in an unexpectedly significant low fatigue propagation velocity along with a highly desirable set of strength and other properties, as is evident from the graphs in the drawings accompanying this application.

本発明の合金のその他の性質に関して、第7〜10図を
参照して以下に説明する。
Other properties of the alloy of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 7-10.

本発明の合金はいくつかの点でルネ(Rene’) 9
5と類似しており、それぞれの合金を比較する基礎とす
るために本発明の合金とルネ(Rono’) 95−8
Sのサンプルの比較試験を実施した。これらの試験結果
のうち、750″Fで得られたものを第7〜8図に、ま
た1400″Fで得られたものについては第9〜10図
にプロットした。
The alloys of the present invention are Rene' 9 in several respects.
5 and to provide a basis for comparing the respective alloys with the alloy of the present invention and Rono' 95-8.
Comparative tests were conducted on samples of S. Of these test results, those obtained at 750''F are plotted in Figures 7-8, and those obtained at 1400''F are plotted in Figures 9-10.

まず、第7図にプロットした試験データを参照する。第
7図には、750″Fで試験を行なった2種の合金サン
プルHK81−8Sとルネ(Rene ’ )95−8
Sについて、降伏応力(kst)と冷却速度(F7分)
との関係がプロットされている。
First, reference is made to the test data plotted in FIG. Figure 7 shows two alloy samples HK81-8S and Rene' 95-8 tested at 750''F.
For S, yield stress (kst) and cooling rate (F7 min)
The relationship between is plotted.

このプO−/トで、ルネ(Rene’) 95− S 
Sサンプルと比較してHK81−SS合金サンプルの優
秀さが明らかである。HK81−SSとルネ(Rene
 ’ )95−SSのサンプルはすべて粉末冶金技術に
よって製造したものであり、したがって強度およびその
他の性質の点でお互いに非常に良く似ている。
In this port, Rene' 95-S
The superiority of the HK81-SS alloy sample compared to the S sample is obvious. HK81-SS and Rene
' ) 95-SS samples were all produced by powder metallurgy techniques and are therefore very similar to each other in terms of strength and other properties.

第8図は、上記の実施例に従って製造した合金1(KH
2−3Sのサンプルおよび比較としてルネ(Rcneo
)95−3Sのサンプルについて、極限引張強さ(ks
りを冷却速度(77分)に対してプロットしたものであ
る。試験したサンプルは7501:で測定した。ルネ(
Rene’) 95が市販されている公知の超合金の中
では最も強いもののひとつであることはよく知られてい
る。第8図から明らかなように、HKIIII−5S合
金とルネ(Rene’)95−SS合金のそれぞれのサ
ンプルに対して行なった極限引張強さの測定の結果は、
HK81−8S合金が現実にルネ(Rene’) 95
− S S材料より高い引張強さをもち、特に極限引張
強さを有していることを立証していた。
FIG. 8 shows Alloy 1 (KH
2-3S sample and Rcneo for comparison.
)95-3S sample, the ultimate tensile strength (ks
is plotted against the cooling rate (77 minutes). The sample tested was measured at 7501:. Rene (
It is well known that Rene') 95 is one of the strongest known commercially available superalloys. As is clear from Fig. 8, the results of ultimate tensile strength measurements conducted on samples of HKIII-5S alloy and Rene' 95-SS alloy are as follows:
HK81-8S alloy is a reality Rene' 95
- It has been demonstrated that it has a higher tensile strength than SS materials, especially its ultimate tensile strength.

第9図のプロットから明らかなように、合金が有する1
400下での降伏強さは、約75″F/分で冷却された
合金サンプルの約148から、1000下/分以上で冷
却されたサンプルの170以上の降伏強さまでの範囲に
亘っている。
As is clear from the plot in Figure 9, the alloy has 1
The yield strength at 400°C ranges from about 148 for alloy samples cooled at about 75″F/min to yield strengths of 170 or higher for samples cooled at 1000°F/min or more.

そこで、第10図を参照すると、いずれも1400″F
で試験した2種のサンプル、すなわちルネ(Rene’
) 95− S SとHK81−SSについて、140
0下での極限引張と冷却速度(F7分)との間の関係を
プロットしである。
Therefore, referring to Fig. 10, both are 140″F
Two samples were tested, namely Rene'
) 95-SS and HK81-SS, 140
The relationship between ultimate tension at 0 and cooling rate (F7 min) is plotted.

第9〜10図に示されているデータは、さらに、本発明
の合金が1400’Fでルネ(Rene’) 95の性
質より秀れている一組の強度特性(1400″F)を有
していることも立証している。
The data presented in Figures 9-10 further demonstrate that the alloys of the present invention have a set of strength properties (1400"F) that are superior to those of Rene' 95 at 1400"F. It has also been proven that

さらに、疲れ亀裂伝播の阻止に関して、本発明の合金は
、ルネ((Ronc’) 、特に本発明の合金の工業生
産で使用される速度の100″F/分から600″F/
分の冷却速度で製造された合金よりずっと秀れている。
Furthermore, with respect to inhibiting fatigue crack propagation, the alloys of the present invention are capable of achieving speeds ranging from 100"F/ to 600"F/
This is far superior to alloys produced at a cooling rate of minutes.

本発明の効果に関して顕著なのは、ルネ(Rene’)
95合金の成分と比較してHK81合金の成分を比較的
少しだけ変えて、疲れ亀裂伝播耐性が大きく改良されて
いることである。
What is remarkable about the effects of the present invention is Rene'
With relatively small changes in the composition of the HK81 alloy compared to the composition of the 95 alloy, fatigue crack propagation resistance is significantly improved.

合金組成の小さい変化を例示するめたにルネ(Rene
’) 95とHK81の両者の成分を以下に挙げる。
To illustrate small changes in alloy composition, Rene
') The ingredients of both 95 and HK81 are listed below.

Ni    62.36     62.36Co  
    8 r 3 Mo      3. 5        3. 5W
      3.5 Al      3.5        3.5Ti 
     2,5       2.5Ta     
             3. 5Nb      
3.5        3.5f Zr      O,060,06 Re CO,050,05 B       O,030,03 e 上の表1から明らかなように、合金HK81の組成と比
べて合金ルネ(Rono”) 95の組成で意味のある
違いは、ルネ(Rcne’) 95が3.5重量%のタ
ングステンを含有しておりタンタルを含まないのに対し
て、HK81はタングステンを含まないが3.5重量%
のタンタルを含有していることだけである。
Ni 62.36 62.36Co
8 r 3 Mo 3. 5 3. 5W
3.5 Al 3.5 3.5Ti
2,5 2.5Ta
3. 5Nb
3.5 3.5f Zr O,060,06 Re CO,050,05 B O,030,03 e As is clear from Table 1 above, the composition of alloy Rono'' 95 is lower than that of alloy HK81. The significant difference in composition is that Rcne' 95 contains 3.5% tungsten and no tantalum, whereas HK81 contains no tungsten but 3.5% by weight.
The only difference is that it contains tantalum.

いいかえると、ルネ(Rene’) 95の組成は、タ
ングステン3.5重量%を省略し、タンタルを3゜5重
量%含ませることで変えられている。このような組成の
変化によって、ルネ(Rene’) 95合金の基本的
な強度特性を保持または改良しながら、同時にこの合金
の長い滞留時間のときの疲れ亀裂抑制を改善できるとい
うことはむしろ驚くべきことであると思われる。しかし
、これは、添付の図面に挙げ、上で詳細に述べたデータ
によって明らかにされているように、まさに組成の変化
の結果なのである。
In other words, the composition of Rene' 95 has been altered by omitting 3.5% by weight of tungsten and including 3.5% by weight of tantalum. It is rather surprising that such compositional changes can preserve or improve the basic strength properties of the Rene' 95 alloy while at the same time improving the alloy's fatigue crack suppression at long residence times. This seems to be the case. However, this is precisely the result of compositional changes, as evidenced by the data listed in the accompanying drawings and detailed above.

タングステンおよびタンタルの添加物の変更が、疲れ亀
裂伝播の抑制の顕著な変化の原因である。
Changes in tungsten and tantalum additives are responsible for significant changes in fatigue crack propagation inhibition.

上記のような特性の顕著な変化に関係しない成分のその
他の変更、特に添加する成分の少なめの変更をしてもよ
い。たとえば、HK−811合金見出されたユニークな
特性の有益な組合せを変更することなく、特にそのよう
ム特性を損うことのない程度にレニウムを少量添加して
もよい。
Other changes in the components that are not related to the above-mentioned significant changes in properties, particularly changes in the amount of added components, may be made. For example, small amounts of rhenium may be added without altering the unique combination of properties found in the HK-811 alloy, particularly without detracting from such properties.

本発明の合金を特に亀裂伝播の抑制に関して独特に有利
な割合を与える成分および成分のパーセントの点から記
載して来たが、その他の成分、たとえばイツトリウム、
バナジウムなどを新規な亀裂伝播抑制に干渉することの
ないパーセントで組成物中に含ませることができること
が分かるであろう。たとえば0〜062%程度の少量の
イツトリウムを、本発明の合金のユニークで価値の高い
組合せの特性を損うことなく本発明の合金中に含ませる
ことができる。
Although the alloys of the present invention have been described in terms of components and percentages of components that provide uniquely advantageous proportions with respect to crack propagation inhibition, other components, such as yttrium,
It will be appreciated that vanadium and the like can be included in the composition in percentages that do not interfere with the novel crack propagation inhibition. Small amounts of yttrium, for example on the order of 0-0.62%, can be included in the alloys of the present invention without detracting from the unique and valuable combination of properties of the alloys.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、650℃での疲れ亀裂伝播(30kslにお
けるΔK)について、極限引張強さ(ksi)に対して
疲れ亀裂成長(インチ/サイクル)を対数目盛りでプロ
ットしたグラフである。 第2図は、第1図と同様な試験結果をプロットしたグラ
フであるが、横軸はクロム含量(重量%)を表わしであ
る。 第3図は、試験片に繰返して応力をかけた場合の、保持
時間(秒)に対して亀裂成長速度の対数をプロットした
グラフである。 第4図は、アルゴン中1400’Fにて80kslの応
力をかけた場合の、破壊寿命(時間)を冷却速度(F7
分)に対してプロットしたグラフである。 第5図は、80ks iで100時間の寿命が期待でき
る温度(F)を、冷却速度(77分)に対してプロット
したグラフである。 第6図は、インチ/サイクルで表わした亀裂伝播速度d
 a / d Nを冷却速度(F7分)に対してプロッ
トしたグラフである。試験条件:1200下、空気中、
R−0,05,500秒の保持時間、25kslv/T
?iのΔに0 第7図は、対数目盛りの冷却速度(下7分)に対してプ
ロットした750″Fでの降伏応力(ksi)のグラフ
である。 、第8図は、対数目盛りの冷却速度(F7分)に対して
プロットした750″Fでの極限引張強さ(ksi)の
グラフである。 第9図は、冷却速度(F7分)に対してプロットした1
400°Fでの降伏応力(ksi)のグラフである。 第10図は、冷却速度(F7分)に対してプロットした
1 400°Fでの極限引張強さ(ksi)のグラフで
ある。
FIG. 1 is a graph plotting fatigue crack growth (inches/cycle) against ultimate tensile strength (ksi) on a logarithmic scale for fatigue crack propagation at 650° C. (ΔK at 30 ksl). FIG. 2 is a graph plotting the same test results as in FIG. 1, but the horizontal axis represents the chromium content (% by weight). FIG. 3 is a graph plotting the logarithm of the crack growth rate against the holding time (seconds) when stress is repeatedly applied to the test piece. Figure 4 shows the fracture life (hours) when a stress of 80 ksl is applied at 1400'F in argon and the cooling rate (F7
This is a graph plotted against (minutes). FIG. 5 is a graph in which the temperature (F) at which a life of 100 hours can be expected at 80 ks i is plotted against the cooling rate (77 minutes). Figure 6 shows the crack propagation rate d in inches/cycle.
Figure 2 is a graph plotting a/dN against cooling rate (F7 min). Test conditions: under 1200, in air,
R-0,05,500 seconds retention time, 25kslv/T
? Figure 7 is a graph of yield stress (ksi) at 750''F plotted against cooling rate (bottom 7 minutes) on a logarithmic scale. Figure 2 is a graph of ultimate tensile strength (ksi) at 750''F plotted against speed (F7 min). Figure 9 shows 1 plotted against the cooling rate (F7 min).
2 is a graph of yield stress (ksi) at 400°F. FIG. 10 is a graph of ultimate tensile strength (ksi) at 1400° F. plotted against cooling rate (F7 min).

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物: 成分 組成物中の濃度(重量%) Ni残部 Co3〜13 Cr10〜16 Mo2.5〜5.5 Al2.5〜4.5 Ti1.5〜3.5 Ta2.0〜5.0 Nb2.0〜5.0 Zr0.00〜0.10 C0.0〜0.10 B0.01〜0.05 W0.0〜1.0。(1) Alloy composition containing the following components in the following proportions: Ingredients Concentration in composition (wt%) Ni remainder Co3~13 Cr10-16 Mo2.5~5.5 Al2.5~4.5 Ti1.5~3.5 Ta2.0~5.0 Nb2.0~5.0 Zr0.00~0.10 C0.0~0.10 B0.01~0.05 W0.0-1.0. (2)約600°F/分以下の速度で冷却されている請
求項1記載の組成物。
2. The composition of claim 1, wherein the composition is cooled at a rate of no more than about 600°F/min.
(3)50〜600°F/分の速度で冷却されている請
求項1記載の組成物。
3. The composition of claim 1, wherein the composition is cooled at a rate of 50 to 600 F/min.
(4)以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物: 成分 組成物中の濃度(重量%) Ni残部 Co3〜13 Cr10〜16 Mo2.5〜5.5 Al2.5〜4.5 Ti1.5〜3.5 Ta2.0〜5.0 Nb2.0〜5.0 Re0.0〜3.0 Hf0.0〜0.5 Zr0.00〜0.10 C0.0〜0.10 B0.01〜0.05 W0.0〜1.0 Y0.0〜0.2。(4) Alloy composition containing the following components in the following proportions: Ingredients Concentration in composition (wt%) Ni remainder Co3~13 Cr10-16 Mo2.5~5.5 Al2.5~4.5 Ti1.5~3.5 Ta2.0~5.0 Nb2.0~5.0 Re0.0~3.0 Hf0.0~0.5 Zr0.00~0.10 C0.0~0.10 B0.01~0.05 W0.0~1.0 Y0.0-0.2. (5)約600°F/分以下の速度で冷却されている請
求項4記載の組成物。
5. The composition of claim 4, wherein the composition is cooled at a rate of no more than about 600°F/min.
(6)50〜600°F/分の速度で冷却されている請
求項4記載の組成物。
6. The composition of claim 4, wherein the composition is cooled at a rate of 50 to 600 degrees F per minute.
(7)以下の成分を以下の割合で含有する合金組成物: 成分 組成物巾の濃度(重量%) Ni残部 Co8 Cr13 Mo3.5 Al3.5 Ti2.5 Ta3.5 Nb3.5 Zr0.06 C0.05 B0.03。(7) Alloy composition containing the following components in the following proportions: Ingredients: Concentration of composition width (wt%) Ni remainder Co8 Cr13 Mo3.5 Al3.5 Ti2.5 Ta3.5 Nb3.5 Zr0.06 C0.05 B0.03. (8)約600°F/分以下の速度で冷却されている請
求項7記載の組成物。
8. The composition of claim 7, wherein the composition is cooled at a rate of no more than about 600°F/min.
(9)50〜600°F/分の速度で冷却されている請
求項7記載の組成物。
9. The composition of claim 7, wherein the composition is cooled at a rate of 50 to 600 degrees F per minute.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020537051A (en) * 2017-10-16 2020-12-17 オックスメット テクノロジーズ リミテッド Nickel-based alloy

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